試論電源設計中的電容選用規則

張春春

摘要：在電源中電容的基本工作是進行充電與放電，同時還伴隨整流、振蕩及其他相關作用。電容的結構十分簡單，由正負兩極與中間的絕緣介質構成。文章主要就電源設計中的電容選用規則進行探析。

關鍵詞：電源設計；電容選用；濾波電容器

在進行電路設計的過程中，電源設計是十分重要的環節之_。成功、完整的電路設計中電源占據著十分重要的位置，其很大程度上影響了電路系統的使用性能與運行成本。通信電源設計中的電容就是容納與釋放電荷的電子元器件。

1 電源設計中電容的應用

1.1 旁路

旁路電容即給本地器件提供能量的元件，類似于微型可充電電池，其可以充電使用，并且針對器件進行放電。為了盡可能地降低阻抗，旁路電容要盡可能接近負載器件的供電電壓管腳與地管腳，以避免由于輸入值過大產生噪音或者地電位上升。

1.2 去耦

去耦，即為解耦。一般來說，可以將電路分為驅動的源及被驅動的負載。假如開關電源負載電容相對較大，驅動電路則會充電、放電，進而完成信號的變更，在這一過程中會出現一種噪聲，對前級的正常工作產生影響。該噪聲即為耦合。去耦電容就是實現電池的作用，以滿足驅動電路電流的改變，避免相互間出現干擾或影響。去耦合電容通常較大，一般為10uF或以上，具體根據電路中分布參與及驅動電流的大小來決定。旁路與去耦的區別就在于旁路是將輸入信號中的干擾當作過濾對象，而去耦則是將輸出信號的干擾當作過濾對象。

1.3 濾波

電容的作用就是通高阻低，讓高頻通過，阻止低頻通過。電容越大，低頻通過越容易；電容越小，高頻通過越容易。在濾波中大電容過濾低頻，小電容過濾高頻。當頻率越高，峰值電流就越大，進而緩沖了電壓。因此，濾波即為充電、放電的過程。在通信電源中，為了避免電路各個部分供電電壓由于負載變化而改變，在通信電源的輸出端與負載的電源輸入端通常都有相應的電解電容。而大容量的電解電容通常都有一定的電感，因此無法有效地過濾高頻與脈沖干擾信號，因此在其兩端并聯容量為0.1pF左右的電容，以過濾高頻與脈沖的影響。

1.4 儲能

儲能型電容器通過整流器來收集電荷，并且將存儲的能力利用變換器引線傳遞到電源的輸出端。根據不同的通信電源要求，元件一般會使用串聯、并聯或者其他組合的方式。對于功率超過10kW的開關電源通常都是使用體積比較大的罐形螺旋端子電容器。

2 電源設計中的電容器選擇

2.1 濾波電容器

交流電通過整流后需要使用電容器濾波，使得輸出的電壓變得平滑，因此電容器的容量要相對較大，通常大多使用鋁電解電容器。使用DC/DC開關輸入濾波電容器，由于開關變換器是通過脈沖弄的形式來獲取電能的，因此濾波電容器中流通較大的高頻電流，當電解電容器等效串聯較大的時候，將會出現大量損耗，從而導致電解電容器發熱。在開關穩壓電源中的電解電容器起到輸出濾波的作用，其上鋸齒波電壓的頻率達到數十千赫，阻抗頻率的特性成為其衡量標準。另外，對于半導體器件在運作中發出的噪聲需要過濾，因此通常低頻使用普通電解電容器在10kHz左右便無法滿足開關電源的使用需求。

2.2 吸收與換相電容器

伴隨著半導體器件額定功率的增加、開關速度的提升、額定電壓的上升，緩沖電路的電容器的耐壓、容量與高頻特性依然難以滿足需求。無感電容、金屬化電容以及金屬箔電容在電路使用中的作用與效果都不同。電容器的大小將會影響電容器的dv/dt以及峰值電流的耐量。通常來說，長度與dv/dt與峰值電流之間呈現負相關。吸收電路中電容器的特征是高峰值電流的占空較小，有效值電流有限。

2.3 諧振電容器

諧振式開關穩壓電源與晶閘管中頻電源諧振回路中的諧振電容器在工作時通常都會出現很大的電流。如果諧振電容器選擇失誤，會導致設備損壞。在包含了電容與電感的電路當中，如果電容與電感是處于并聯狀態的，那么在某一段時間內電容的電壓逐漸上升，而電流卻持續變小，同時，電感的電流處于持續上升的狀態，電感的電壓卻慢慢下降。而在另外一個時間段，電容的電壓逐漸變低，而電流卻逐漸增加。同時，電感的電流卻逐漸減小，電感的電壓逐漸升高。電壓可以上升到最大值，電壓的降低也可以獲得負的最大值。這種現象被稱為電路振蕩，電路振蕩維持的階段即為諧振。

3 結語

在電源設計過程中不同性能的設備需要不同性能的電容器，在選擇電容器的過程中要充分考慮各個要素，不能濫用、混用，以免出現安全問題或設備損害，導致設備無法正常運行。